Oxid uhličitý: vlastnosti, výroba, použitie. Oxid uhličitý

Len asi 0,04 % oxid uhličitý sa nachádza vo vzduchu. Do ovzdušia sa dostáva najmä rozkladom rastlinných a živočíšnych tkanív, ako aj pri spaľovaní uhlia a dreva.

Rastliny dokážu regulovať obsah kyslíka a oxidu uhličitého v atmosfére našej planéty. Vplyvom vody a slnečného žiarenia sa oxid uhličitý v rastlinných bunkách premieňa na škrob, ale aj mnohé ďalšie živiny. Rastliny potrebujú k životu aj dýchať. Preto oni absorbuje kyslík a uvoľňuje oxid uhličitý. Ale počas procesu tvorby škrobu uvoľňujú oveľa viac kyslíka, ako absorbujú, keď dýchajú. Ale počas tvorby škrobu rastlinný svet absorbuje oveľa viac oxidu uhličitého, ako vydýchne.

teda musíme chrániť lesy a celú flóru na našej planéte, pretože si v prírode udržiavajú stály obsah oxidu uhličitého a kyslíka.

Výhody a poškodenie oxidu uhličitého

Oxid uhličitý je pre človeka veľmi užitočný, podieľa sa na zásobovaní tkanív kyslíkom a regulácii ľudské dýchacie procesy.

CO2 výrazne ovplyvňuje klímu. Bez nej nie je možný ani metabolizmus. Je to nenahraditeľná súčasť obľúbených sýtených nápojov každého.

Na druhej strane to môže spôsobiť škodu. Presýtenie tela oxidom uhličitým spôsobuje obrovské škody ľuďom a môže spôsobiť smrť.

(IV), oxid uhličitý alebo oxid uhličitý. Nazýva sa tiež anhydrid kyseliny uhličitej. Je to úplne bezfarebný plyn bez zápachu s kyslou chuťou. Oxid uhličitý je ťažší ako vzduch a je slabo rozpustný vo vode. Pri teplotách pod - 78 stupňov Celzia kryštalizuje a stáva sa ako sneh.

Táto látka prechádza z plynného stavu do pevného, ​​pretože nemôže existovať v kvapalnom stave pri atmosférickom tlaku. Hustota oxidu uhličitého za normálnych podmienok je 1,97 kg/m3 - 1,5-krát vyššia.Oxid uhličitý v pevnej forme sa nazýva „suchý ľad“. Stáva sa kvapalným stavom, v ktorom môže byť skladovaný po dlhú dobu, keď sa zvýši tlak. Pozrime sa bližšie na túto látku a jej chemickú štruktúru.

Oxid uhličitý, ktorého vzorec je CO2, pozostáva z uhlíka a kyslíka a vzniká ako výsledok spaľovania alebo rozkladu organických látok. Oxid uhoľnatý sa nachádza vo vzduchu a podzemných minerálnych prameňoch. Ľudia a zvieratá tiež vypúšťajú oxid uhličitý pri výdychu. Rastliny bez svetla ho pri fotosyntéze uvoľňujú a intenzívne absorbujú. Vďaka metabolickému procesu buniek všetkých živých bytostí je oxid uhoľnatý jednou z hlavných zložiek okolitej prírody.

Tento plyn nie je toxický, ale ak sa nahromadí vo vysokých koncentráciách, môže začať dusenie (hyperkapnia) a pri jeho nedostatku vzniká opačný stav – hypokapnia. Oxid uhličitý prenáša a odráža infračervené žiarenie. Tá priamo ovplyvňuje globálne otepľovanie. Je to spôsobené tým, že hladina jeho obsahu v atmosfére sa neustále zvyšuje, čo vedie k skleníkovému efektu.

Oxid uhličitý sa priemyselne vyrába z dymových alebo pecných plynov, prípadne rozkladom dolomitových a vápencových uhličitanov. Zmes týchto plynov sa dôkladne premyje špeciálnym roztokom pozostávajúcim z uhličitanu draselného. Ďalej sa mení na hydrogénuhličitan a pri zahrievaní sa rozkladá, čo vedie k uvoľňovaniu oxidu uhličitého. Oxid uhličitý (H2CO3) vzniká z oxidu uhličitého rozpusteného vo vode, no v moderných podmienkach sa získava aj inými, pokročilejšími metódami. Po vyčistení sa oxid uhličitý stlačí, ochladí a prečerpá do valcov.

V priemysle je táto látka široko a univerzálne používaná. Potravinári ho používajú ako kypriaci prostriedok (napríklad na prípravu cesta) alebo ako konzervačný prostriedok (E290). Pomocou oxidu uhličitého sa vyrábajú rôzne tonické nápoje a limonády, ktoré tak milujú nielen deti, ale aj dospelí. Oxid uhličitý sa používa pri výrobe sódy bikarbóny, piva, cukru a šumivých vín.

Oxid uhličitý sa používa aj pri výrobe účinných hasiacich prístrojov. Pomocou oxidu uhličitého sa vytvára aktívne médium, ktoré je potrebné pri vysokých teplotách zváracieho oblúka, oxid uhličitý sa rozkladá na kyslík a oxid uhoľnatý. Kyslík interaguje s tekutým kovom a oxiduje ho. Oxid uhličitý v plechovkách sa používa vo vzduchových zbraniach a pištoliach.

Leteckí modelári používajú túto látku ako palivo pre svoje modely. Pomocou oxidu uhličitého môžete výrazne zvýšiť úrodu plodín pestovaných v skleníku. Je tiež široko používaný v priemysle, v ktorom sa potravinárske výrobky uchovávajú oveľa lepšie. Používa sa ako chladivo v chladničkách, mrazničkách, elektrických generátoroch a iných tepelných elektrárňach.

Ešte v minulom storočí sa robili rôzne štúdie o vplyve CO 2 na ľudský organizmus. V 60-tych rokoch vedkyňa O.V. Eliseeva vo svojej dizertačnej práci podrobne študovala, ako oxid uhličitý v koncentráciách 0,1 % (1000 ppm) až 0,5 % (5000 ppm) ovplyvňuje ľudský organizmus a dospela k záveru, že krátkodobá inhalácia oxidu uhličitého v týchto koncentráciách u zdravých ľudí spôsobuje výrazné zmeny vo funkcii vonkajšieho dýchania, krvného obehu a výrazné zhoršenie elektrickej aktivity mozgu. Podľa jej odporúčaní by obsah CO 2 vo vzduchu obytných a verejných budov nemal prekročiť 0,1 % (1000 ppm) a priemerný obsah CO 2 by mal byť okolo 0,05 % (500 ppm).

Odborníci vedia, že medzi koncentráciou CO 2 a pocitom dusna existuje priama súvislosť. Tento pocit sa u zdravého človeka vyskytuje už na úrovni 0,08 % (t.j. 800 ppm). Aj keď v moderných kanceláriách je to veľmi často 2000 ppm a viac. A človek nemusí cítiť nebezpečné účinky CO 2 . Keď hovoríme o chorom človeku, prah jeho citlivosti sa ešte zvyšuje.

Závislosť fyziologických prejavov od obsahu CO2 vo vzduchu je uvedená v tabuľke:

Hladina CO2, ppm	Fyziologické prejavy u ľudí
Atmosférický vzduch 380-400	Ideálne pre zdravie a pohodu.
400-600	Normálne množstvo. Odporúčame do detských izieb, spální, kancelárskych priestorov, škôl a škôlok.
600-1000	Existujú sťažnosti na kvalitu ovzdušia. Ľudia s astmou môžu mať častejšie záchvaty.
Nad 1000	Celkové nepohodlie, slabosť, bolesti hlavy, koncentrácia klesá o tretinu a zvyšuje sa počet chýb v práci. Môže viesť k negatívnym zmenám v krvi, objaviť sa môžu aj problémy s dýchacím a obehovým systémom.
Nad 2000	Počet chýb v práci výrazne narastá, 70 % zamestnancov sa nevie sústrediť na prácu.

Hlavné zmeny pri vdychovaní zvýšených koncentrácií oxidu uhličitého (hyperkapnia) sa vyskytujú v centrálnom nervovom systéme a sú fázového charakteru: najprv zvýšenie a potom zníženie excitability nervových útvarov. Zhoršenie podmienenej reflexnej aktivity pozorujeme pri koncentráciách blízkych 2 % – znižuje sa dráždivosť dýchacieho centra mozgu, znižuje sa ventilačná funkcia pľúc, je narušená homeostáza (rovnováha vnútorného prostredia) tela buď poškodzovaním buniek alebo dráždením receptorov neadekvátnou hladinou určitej látky. A pri obsahu oxidu uhličitého do 5% dochádza k výraznému poklesu amplitúdy evokovaných potenciálov mozgu, desynchronizácii rytmov spontánneho elektroencefalogramu s ďalšou inhibíciou elektrickej aktivity mozgu.

Čo presne sa stane, keď sa zvýši koncentrácia CO 2 vo vzduchu, ktorý vstupuje do tela? Zvyšuje sa parciálny tlak CO 2 v alveolách, zvyšuje sa jeho rozpustnosť v krvi a vzniká slabá kyselina uhličitá (CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3), ktorá sa naopak rozkladá na H + a HCCO3- . Krv sa stáva kyslou, čo sa vedecky nazýva plynová acidóza. Čím vyššia je koncentrácia CO 2 vo vzduchu, ktorý dýchame, tým je pH krvi nižšie a tým je kyslejšia.

Keď začne acidóza, telo sa najprv bráni zvýšením koncentrácie bikarbonátu v krvnej plazme, čo dokazujú početné biochemické štúdie. Na kompenzáciu acidózy obličky intenzívne vylučujú H+ a zadržiavajú HCSO 3 -. Potom sa zapnú ďalšie nárazníkové systémy a sekundárne biochemické reakcie tela. Keďže slabé kyseliny, vrátane kyseliny uhličitej (H 2 CO 3), môžu tvoriť s iónmi kovov slabo rozpustné zlúčeniny (CaCO 3), ukladajú sa vo forme kameňov predovšetkým v obličkách.

Carl Schafer, člen lekárskeho výskumného laboratória amerického námorníctva, skúmal účinky rôznych koncentrácií oxidu uhličitého na morčatá. Hlodavce boli držané na 0,5 % CO2 počas ôsmich týždňov (kyslík bol normálny na 21 %), potom sa u nich prejavila významná kalcifikácia obličiek. Bol pozorovaný aj po dlhšom vystavení morčiat nižším koncentráciám – 0,3 % CO 2 (3000 ppm). To však nie je všetko. Shafer a jeho kolegovia zistili demineralizáciu kostí u ošípaných po ôsmich týždňoch vystavenia 1 % CO 2 , ako aj štrukturálne zmeny v pľúcach. Výskumníci považovali tieto choroby za adaptáciu tela na chronické vystavenie zvýšeným hladinám CO 2 .

Charakteristickým znakom dlhodobej hyperkapnie (zvýšené množstvo CO 2 ) sú jej dlhodobé negatívne dôsledky. Napriek normalizácii atmosférického dýchania sa v ľudskom organizme dlhodobo pozorujú zmeny biochemického zloženia krvi, pokles imunologického stavu, odolnosť voči fyzickej záťaži a iným vonkajším vplyvom.

Záver – aby sa predišlo negatívnym následkom, treba sledovať obsah oxidu uhličitého vo vdychovanom vzduchu. Moderné a spoľahlivé zariadenie je na tento účel ako stvorené.

Každý vie, že rastliny majú schopnosť produkovať veľké množstvo kyslíka počas fotosyntézy a na oplátku absorbovať oxid uhličitý. Je to produkt výmeny vzduchu všetkých živých vecí na Zemi, vrátane rastlín. Okrem toho sa široko používa v rôznych oblastiach života a hromadí sa aj v tesne uzavretých miestnostiach, čo vytvára nebezpečenstvo vdýchnutia zdraviu škodlivých dávok. Vysoké koncentrácie tejto látky spôsobujú otravu oxidom uhličitým.

Oxid uhličitý a jeho aplikácie

Oxid uhličitý je chemická zlúčenina oxid uhličitý (CO2), ktorý je anhydridom kyseliny uhličitej. V atmosfére je neustále prítomný do 0,03%, vo vzduchu vydychovanom osobou je jeho koncentrácia asi 4%.

V dôsledku interakcie oxidu uhličitého s vodou vzniká nestabilná kyselina uhličitá. Plyn má nasledujúce vlastnosti:

• Nemá takmer žiadnu vôňu ani farbu, pod určitým tlakom sa dokáže premeniť na kvapalné skupenstvo a po vyparení na snehovo bielu hmotu, ktorá po stlačení tvorí základ takzvaného „suchého ľadu“.
• Nie je horľavý (čo sa používa v hasičských zariadeniach) a je schopný rozpustiť sa vo vode pod tlakom (takto sa vyrábajú sýtené nápoje).

Rozmanité vlastnosti CO2 našli uplatnenie v metalurgii a chemickom priemysle, v chladiacich komorách, pri hasení požiarov a pri zváracích prácach.

Vo vysokých koncentráciách je zlúčenina toxická a môže spôsobiť otravu.

Ako sa môžete otráviť oxidom uhličitým?

V okolitom vzduchu je vždy prítomné malé množstvo oxidu uhličitého. Koncentrácia bezpečná pre človeka v prírodnom prostredí je 0,03-0,2%. Existujú však určité podmienky, za ktorých môžu byť hladiny CO2 zvýšené:

1. V priestoroch ozokeritových a uhoľných baní. Tam je povolené zvýšiť obsah CO2 na úroveň 0,5 %. Ak sa hladina zvýši a hladina kyslíka zníži, otrava je nevyhnutná.
2. V iných priemyselných priestoroch - vnútorné saturačné kotly v cukrovaroch, revízne studne kanalizačných a vodovodných sietí, kvasné oddelenia pivovarov. Zamestnanci takýchto podnikov sú vystavení intoxikácii častejšie ako ostatní.
3. S častým kontaktom so „suchým ľadom“ v súvislosti s profesionálnymi aktivitami.
4. V prípade porušenia technológie pri inštalácii systémov výmeny vzduchu v ponorkách, priestoroch metra, na podvodných oceánografických staniciach, vo výstroji potápačov.
5. V zriedkavo vetraných priestoroch s veľkým počtom ľudí (napríklad v školských triedach alebo zatuchnutých kanceláriách, najmä s plastovými rámami na oknách) môže dôjsť k ľahkému stupňu otravy.

Vysoká dávka CO2 poškodzuje dýchací systém, ale môže podráždiť aj sliznice a pokožku (napríklad dotyk suchého ľadu môže spôsobiť vážne popáleniny).

Príznaky akútnej otravy sa môžu líšiť v závislosti od stupňa intoxikácie a koncentrácie oxidu uhličitého.

Príznaky akútnej otravy oxidom uhličitým

Závažnosť príznakov intoxikácie oxidom uhličitým závisí od hladiny plynu vo vdychovanom vzduchu.

Mierny stupeň

Keď je koncentrácia plynu vyššia ako 2%, otrava sa prejavuje:

• všeobecná slabosť;
• zvýšená ospalosť;
• bolesť hlavy.

Priemerný stupeň

Pri obsahu 5 až 8 % dochádza k podráždeniu slizníc dýchacích ciest a zrakových orgánov, k zníženiu telesnej teploty, zvýšeniu krvného tlaku, častejšiemu a prehĺbeniu dýchania. To všetko sprevádza:

• nevoľnosť;
• dýchavičnosť;
• tlkot srdca;
• pocit tepla;
• bolesť hlavy;
• závraty;
• nadmerná excitabilita;
• tinitus.

Ťažký stupeň

Koncentrácie CO2 vyššie ako 3 % v uzavretom prostredí s 13,6 % kyslíka môžu spôsobiť zadusenie a vyššie dávky sa považujú za smrteľné a môžu mať za následok smrť na zástavu dýchania. Ak sa však obeti poskytnú okamžité opatrenia pomoci aj pri ťažkom stupni intoxikácie, zotavenie sa z tohto stavu je možné, aj keď s vážnymi následkami. Zvyčajne sa objavujú:

• retrográdna amnézia;
• pocit napätia v hrudníku;
• všeobecná slabosť;
• bolesť hlavy a iné reziduálne účinky.

Dôsledky ťažkej otravy často zahŕňajú zápal pľúc alebo bronchitídu.

Ako pomôcť obeti

Prvá pomoc pri otrave oxidom uhličitým, aby sa zabránilo smrti, by sa mala poskytnúť takto:

1. Postihnutého so zjavnými príznakmi intoxikácie musíte najskôr vyviesť na čerstvý vzduch a zbaviť ho odevu, ktorý obmedzuje dýchanie.
2. V závažných prípadoch môže byť potrebná inhalácia čistého kyslíka.
3. Ak má otrávený tachykardiu a iné srdcové poruchy, je potrebná symptomatická liečba kardiovaskulárnymi liekmi.
4. Keď sa dýchanie zastaví v dôsledku intoxikácie plynom, je nevyhnutné umelé dýchanie.

Smrteľné prípady otravy CO2 sú extrémne zriedkavé a zvyčajne sú spojené s porušením bezpečnosti pri nebezpečnej práci.

Ako zabrániť otrave oxidom uhličitým

Najdôležitejšou podmienkou prevencie intoxikácie je pravidelné vetranie takýchto potenciálne nebezpečných miestností, kde sa môže hromadiť oxid uhličitý:

• pivnice a pivnice;
• kade a jamy určené na skladovanie zeleniny alebo ovocia;
• akékoľvek uzavreté nádoby alebo studne.

Aby sa zabránilo hromadeniu nebezpečného plynu, pivnice, pivnice a iné podzemné miestnosti by mali byť vybavené ventilačnými systémami (aspoň jednoduchými vetracími otvormi alebo výfukovými potrubiami).

Prevencia otravy CO2

Pri práci vo vodovodných alebo kanalizačných studniach by ste mali dodržiavať nasledujúce bezpečnostné pravidlá:

• Do studní choďte len v špeciálnom vybavení (plynové masky).
• Pri zostupe do studne musí na jej vrchole zostať aspoň jeden zamestnanec alebo akákoľvek druhá osoba schopná privolať záchranárov a v prípade potreby rýchlu zdravotnú starostlivosť.
• Pri prvom náznaku nedostatku vzduchu by zamestnanci, ktorí zostali na zemi, mali informovať potápačov a potápačov o potrebe zvýšiť vstrekovanie vzduchu do ich vybavenia, a ak pociťujú príznaky dusenia, prestať pracovať a vyžadovať zdvíhanie.
• Osoby zodpovedné za klimatizáciu v miestnostiach s veľkým počtom ľudí (učitelia, vedúci upratovania, zdravotnícky personál) musia zabezpečiť pravidelné a dostatočné vetranie tried, kancelárií, posluchární a nemocničných oddelení.

Moderné spôsoby, ako sa vysporiadať s nadbytkom CO2 v každodennom živote

Moderné technológie na úsporu energie, ktoré neumožňujú časté vetranie miestností (napríklad používanie klimatizácií „zima-leto“), prinútili západných vynálezcov nájsť nové spôsoby, ako odstrániť prebytočný oxid uhličitý z upchatých miestností. Vďaka štúdiám, ktoré potvrdili škodlivé účinky tohto plynu na pracovnú schopnosť a celkovú pohodu človeka, boli stanovené maximálne prípustné koncentrácie CO2 pre vnútorné priestory.

Neskôr boli vynájdené absorbéry (alebo absorbéry) CO2, ktoré sa teraz aktívne používajú, schopné výrazne znížiť jeho hladinu. Takýto absorbent, inštalovaný v dusnej miestnosti, vyžaduje minimálnu údržbu, spotrebuje málo elektriny, ale je zaručené, že poskytne obsluhovanej oblasti zdravý, vyčistený vzduch po dobu 15 rokov.

Ako už bolo uvedené, prípady úmrtia na intoxikáciu oxidom uhličitým sú extrémne zriedkavé, ale to neznamená, že je to bezpečné. Pri práci s touto látkou alebo v oblastiach, kde sa môže hromadiť, je preto potrebné prijať preventívne opatrenia.

DEFINÍCIA

oxid uhličitý (oxid uhličitý) za normálnych podmienok je to bezfarebný plyn, približne 1,5-krát ťažší ako vzduch, vďaka čomu sa môže ako kvapalina prelievať z jednej nádoby do druhej.

Hmotnosť 1 litra CO 2 za normálnych podmienok je 1,98 g Rozpustnosť oxidu uhličitého vo vode je nízka: 1 objem vody pri 20 o C rozpustí 0,88 objemu CO 2 a pri 0 o C - 1,7 objemu.

Pod tlakom asi 0,6 MPa sa oxid uhličitý pri izbovej teplote mení na kvapalinu. Kvapalný oxid uhličitý sa skladuje v oceľových fľašiach. Pri rýchlom vyliatí z valca sa v dôsledku vyparovania absorbuje toľko tepla, že CO 2 sa zmení na pevnú bielu snehovú hmotu, ktorá bez topenia sublimuje pri -78,5 o C.

Roztok CO 2 vo vode má kyslú chuť a mierne kyslú reakciu v dôsledku prítomnosti malého množstva kyseliny uhličitej H 2 CO 3 v roztoku, ktorá vzniká ako výsledok reverzibilnej reakcie:

CO 2 + H 2 O↔H 2 CO 3 .

Niektoré vlastnosti oxidu uhličitého sú uvedené v tabuľke nižšie:

Produkcia oxidu uhličitého

Oxid uhličitý vzniká v malých množstvách pôsobením kyselín na uhličitany:

CaC03 + 2HCl = CaCl2 + H20 + C02.

V priemyselnom meradle vzniká CO 2 hlavne ako vedľajší produkt v procese syntézy amoniaku:

CH4 + 2H20 = C02 + 4H2;

CO + H20 = C02 + H2.

Okrem toho sa pri spaľovaní vápenca vytvára veľké množstvo oxidu uhličitého:

CaC03 = CaO + C02.

Chemické vlastnosti oxidu uhličitého

Oxid uhličitý má kyslé vlastnosti: reaguje s alkáliami a hydrátom amoniaku. Redukované aktívnymi kovmi, vodíkom, uhlíkom.

CO2 + NaOH zriedený = NaHC03;

C02 + 2NaOH konc = Na2C03 + H20;

C02 + Ba(OH)2 = BaC03 + H20;

C02 + BaC03 + H20 = Ba(HC03)2;

C02 + NH3 x H20 = NH4HC03;

C02 + 4H2 = CH4 + 2H20 (t = 200 °C, kat. Cu20);

C02+ C = 2CO (t > 1000 °C);

C02 + 2 Mg = C + 2 MgO;

2C02 + 5Ca = CaC2 + 4CaO (t = 500 °C);

2C02 + 2Na202 = 2Na2C03 + O2.

Aplikácia oxidu uhličitého

Oxid uhličitý sa používa pri výrobe sódy amónno-chloridovou metódou, na syntézu močoviny, na výrobu solí kyseliny uhličitej, ako aj na sýtenie ovocných a minerálnych vôd a iných nápojov.

Pevný oxid uhličitý nazývaný „suchý ľad“ sa používa na chladenie rýchlo sa kaziacich potravín, na výrobu a konzervovanie zmrzliny a v mnohých iných prípadoch, keď sú potrebné nízke teploty.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

PRÍKLAD 2

Cvičenie	Aký objem a hmotnosť oxidu uhličitého sa uvoľní pri tepelnom rozklade uhličitanu vápenatého s hmotnosťou 45,4 g?
Riešenie	Napíšme rovnicu tepelného rozkladu uhličitanu vápenatého: CaC03 = CaO + C02. Poďme zistiť množstvo uhličitanu vápenatého: n(CaC03) = m(CaC03)/M(CaC03); M(CaC03) = Ar(Ca) + Ar(C) + 3xAr(0) = 40 + 12 + 3x16 = 100 g/mol; n(CaC03) = 45,4/100 = 0,454 mol. Podľa reakčnej rovnice n(CaCO 3) : n(CO 2) = 1: 1, teda n(CaC03) = n(C02) = 0,454 mol. Vypočítajme hmotnosť a objem uvoľneného oxidu uhličitého: V(C02) = Vm x n(C02) = 22,4 x 0,454 = 10,2 1; m(C02) = n(C02) x M(C02); M(C02) = Ar(C) + 2 x Ar(0) = 12 + 2 x 16 = 44 g/mol; m(C02) = 0,454 x 44 = 20 g.
Odpoveď	Hmotnosť oxidu uhličitého je 20 g, objem je 10,2 litra.